Носимые датчики влажности и температуры следят за окружающей средой

Интеграция датчиков состояния окружающей среды может расширить потенциал носимых устройств. Однако тесный контакт с кожей может повлиять на показания датчиков и привести к снижению точности работы. Для решения данной проблемы может применяться модель распространения тепла, учитывающая температуру тела человека.

Современные датчики способны измерять уровни относительной влажности и температуры, показатели освещённости и давления, позволяя пользователям получать данные об окружающей среде.

Персональные данные об окружающей среде

Встраивание датчиков температуры и давления в носимые устройства позволяет получать информацию не только об окружающей среде, но и психологическом состоянии пользователя. Это возможно благодаря слежению за температурой поверхности кожи и уровнем потоотделения. Совокупность данных позволяет лучше понимать и интерпретировать активность человека (например, беспокойный сон в жаркую погоду, или медленный бег при повышенной влажности). Такая информация является основой для ряда новых устройств. Данные могут также использоваться в системах умного дома, автоматически подстраивающих внутренний микроклимат в помещениях.

Если данные о температуре и потоотделении подаются в систему настройки микроклимата, то климатические показатели помещений могут подстраиваться в соответствии с личными предпочтениями людей. Это в особенности полезно, когда человек спит и не может судить об уровне комфорта. Помимо обеспечения комфорта, датчики позволяют сэкономить электроэнергию, поскольку системы кондиционирования или обогрева включаются только тогда, когда это необходимо.

Слежение за показателями окружающей среды также полезно для других целей. В зависимости от температуры и влажности воздуха, носимые устройства могут давать советы по уходу за кожей. Кожа человека весьма чувствительна, поэтому информация об окружающей среде может использоваться в косметических целях для рекомендации нужного средства по уходу.

Однако не только косметическая индустрия получит преимущества новых решений. Рынок устройств для поддержания здоровья также выиграет. Например, людям с респираторными заболеваниями требуются особые показатели окружающей среды. Неподходящий микроклимат может повысить риск развития астмы и поражения грибком, влиять на активность клещей. И это лишь некоторые примеры. Отслеживание параметров окружающей среды при помощи носимых устройств позволит выявлять неблагоприятные и опасные условия, включать, в зависимости от требований, нагревательные приборы, вентиляцию, кондиционеры и увлажнители.

В недалеком будущем такие аксессуары как очки, часы, элементы одежды, а также другие предметы смогут следить за освещённостью, температурой и влажностью. Функции измерения параметров окружающей среды будут интегрированы во все сферы нашей жизни.

Мы станем лучше понимать окружающую среду и её характеристики, что приведёт к оптимизации повседневных задач, снижению энергопотребления, экономии затрат, комфорту и укреплению здоровья.

Интеграция и сочетание датчиков

Встраивание датчиков состояния окружающей среды в носимые устройства, например «умные» часы – нетривиальная задача, особенно в случае с датчиками влажности и температуры. Существуют три проблемы при встраивании датчиков температуры в носимые либо мобильные устройства.

Во-первых, электронные компоненты в схемах с повышенной плотностью генерируют тепло при работе, а это влияет на показания датчиков. Эффект усиливается по мере того, как рассеиваемая мощность компонентов изменяется в зависимости от нагрузки.

Во-вторых, на показания датчика влияет температура поверхности кожи человека.

В-третьих, устройства имеют определённую удельную теплоёмкость, влияющую на тепловые характеристики. По аналогии с горячей кружкой кофе, которой необходимо 30 минут для остывания до комнатной температуры, «умным» часам или телефону нужно столько же времени для адаптации к температурным изменениям в комнате.

Есть несколько способов смягчить данные проблемы, либо совсем избавиться от них. Одним из самых важных моментов является расположение датчиков. Важно надёжно изолировать датчики от остальной схемы устройства и от человеческой кожи. Расположение датчика сильно зависит от конкретного устройства, поэтому решения подбираются под конкретный продукт.

Иногда добиться идеальной изоляции датчика от устройства не представляется возможным. Для компенсации необходимо отслеживать факторы влияния и уровень их воздействия. Например, для компенсации температуры тела человека дополнительный датчик может располагаться близко к коже. Далее по специальной модели может быть рассчитан уровень влияния температуры тела на показания датчиков. Эта информация используется для компенсации.

Программный подход с сочетанием датчиков (Sensirion Engine) уже активно применяется в некоторых смартфонах для получения точных показателей температуры и влажности. Средства Sensirion Engine позволяют ускорить адаптацию сигналов датчиков к изменениям внешней среды. Это необходимо, поскольку не найдётся пользователь, готовый ждать 30 минут для получения данных об окружающей среде.

Компания Sensirion впервые использовала технологию корпусирования WLCSP при производстве датчиков влажности и давления. Датчик SHTW1 имеет размеры лишь 1.3 х 0.7 х 0.5 мм (менее 1 кв. мм). Компонент работает при питании 1.8 В и потребляет лишь 2 мкВт (1 замер/сек.).